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Nature综述七问AI制药:从虚拟细胞到虚拟患者

已有 306 次阅读 2026-8-19 20:00 |个人分类:能力组学|系统分类:科研笔记

摘要: 2026年8月,《Nature Reviews Drug Discovery》刊发16位学者联合署名的综述,系统复盘人工智能在药物研发领域十年的应用历程,并提出七个核心问题。本文转述其核心观点,并结合深度甲基(DeepoMe)与清华大学未来实验室联合发表的SteeraMed研究,讨论"人体尺度模块地图"如何回应这七问:以数据与知识双驱动定义模块、以网络级建模处理生命系统涌现性、以虚拟患者推演干预响应、以复测闭环完成个体级前瞻验证。文末简述该技术路线在长寿医学方向的产业化应用。

关键词: AI制药;世界模型;模块化表征;虚拟患者;干预响应预测

1 引言

2026年8月,Nature旗下综述期刊《Nature Reviews Drug Discovery》刊发16位学者联合署名的观点文章"Artificial intelligence in drug discovery: what it is, where we stand and the path forward"[1]。文章将AI制药领域长期存在的"AI将颠覆一切"与"AI制药没有实据"的两极争论,推向更具建设性的层面:AI究竟该在药物研发的哪个环节证明自身价值?又该用什么样的数据、什么样的模型、什么样的验证标准来完成证明?

综述给出衡量价值的核心标尺:对药物上市总成本影响最大的变量,是II期临床成功率;采用生物标志物完成患者分层的项目,单次成功上市的资本化成本仅为未分层项目的一半。

七个问题归结到一处,是在追问同一件事:AI制药需要一张什么样的"模块地图"——数据如何组织、知识如何表示、验证如何闭环。深度甲基与清华大学未来实验室联合发表的SteeraMed研究[2](该论文已在 Preprints.org 网站发布,编号 202608.0998),可视为对这张地图的一次工程化施工。本文逐问转述综述观点并讨论对应的技术回应。

2 方向之问2.1 赛道错位:II期临床才是胜负手

综述指出,当前AI应用高度集中于临床前分子发现环节,形成"路灯下找钥匙"的行业常态;而决定新药上市总成本的核心变量是II期临床成功率——药物疗效首次接受人体真实检验、患者异质性最强的"死亡谷"阶段。

SteeraMed的对应实践:建模重心直接置于II期响应预测——以可驾驭世界模型构建虚拟患者,预测个体对干预的响应;干预后通过复测检验预测准确性。该环节对应每个成功上市药物近9亿美元的成本,响应人群分层可将单个成功上市成本降至约一半。

2.2 概念混淆:配体不等于药物

综述厘清"配体等同于药物"的误区:配体仅需与靶点产生生化结合活性,药物须在疗效、安全性、成药性、耐受性等维度全面达标。

SteeraMed的对应实践:模块地图在分子级事件与人体疗效之间补充"功能"层——将分子级事件映射至模块级功能变化(通路活性、细胞过程、器官功能),虚拟患者推演"分子—模块—人体"的完整链路,而非止步于体外结合曲线。

3 方法之问3.1 生物数据的条件性与认知不透明性

综述指出生物数据高度条件性(同一药物对不同患者效果差异显著)且认知不透明(生命科学暂无统一第一性原理),传统监督学习模型因此可靠性不足。

SteeraMed的对应实践:以独有数据集成构建统一表征底座——DNA甲基化多组学压缩表征、文献知识网络与真实检测数据多源融合,将条件性读数映射至统一的人体尺度表征空间。

3.2 数据与知识的鸿沟

综述界定:单纯采集是数据,能从功能层面解析生物过程并支撑决策的才是知识;纯数据驱动受限于可测变量远超有效样本的根本约束。

SteeraMed的对应实践:332个模块构成人体尺度表征,每个模块由数据驱动与知识驱动共同定义——文献网络划定模块边界,多组学数据学习模块参数,将数据冗余压缩为模块化知识。在此基础上,深度甲基团队将知识表示再推进一步:不仅要求知识化,还要求定量化——以往衰老标志等生物学知识多由文献综述以定性叙述形式沉淀,可读而不可算;通过为每个模块赋予可测量参数、可组合运算与可迭代更新机制,知识形态由"定性叙述"转化为"可计算、可迭代、可进化的定量实体"。

3.3 还原论的局限

综述指出,生命系统的整体性与涌现效应(通路冗余、代偿激活、反馈回路)使单一靶点干预常被代偿机制抵消,须转向网络级评估体系。

SteeraMed的对应实践:332个模块构成相互作用网络,模块间冗余、代偿、反馈关系在网络结构中显式建模;虚拟患者推演网络级动态而非单点扰动。

4 验证之问4.1 纸面指标与真实价值的脱节

综述指出,AUC等通用指标与真实决策场景严重脱节,验证须从"模型指标验证"转向"研发过程验证";模型价值应为临床成功率提升与适用域广度之积。

SteeraMed的对应实践:SteeraMed Bench构建量化评价框架,将衰老钟与生物标志物模型的可靠性评价转化为可复现、可审计的分数。

4.2 前瞻性验证的缺位

综述警示,多数模型高性能源于训练与测试集不合理拆分造成的"信息泄露";自2016年欧盟Avicenna计划提出虚拟临床试验概念以来,患者个体级的前瞻性疗效预测验证长期缺位。

SteeraMed的对应实践:以复测闭环完成个体级前瞻验证——预测个体干预响应,干预一个周期后复测,指标改善则预测得到支持,未改善则修正模型,形成"预测—干预—复测—修正"闭环。

5 结语

该综述将AI制药的核心问题系统化呈现,归结为对一张模块地图的追问:数据与知识双驱动定义、网络级建模、能推演干预响应、可被复测验证。SteeraMed的三步工程化路径——量化评价(Bench)、虚拟患者预测(可驾驭世界模型)、复测验证(闭环)——正是对这一追问的施工方案。

编者按(以下为深度甲基编辑观点,非论文内容): 在我们论文构建的332个模块中,aging hallmarks(衰老标志)是重点模块——它是跨疾病、跨器官的功能枢纽。建模之外,团队为应用端打造了map.steeramed.com,建立在独有数据集成之上,将模块地图转化为可实操的解决方案;map模块与Capome多维衰老检测,即以AI学习好的module定义开展产业应用。

长寿医学与世界模型AI4S在此意义上是一体两面:同一张模块地图,药物一侧问响应,人体一侧问衰老。二者通过数据飞轮相互咬合——检测数据持续训练世界模型,模型预测指导下一轮干预,干预结果以复测数据回流,形成"检测—建模—预测—干预—复测"的自我强化循环。

参考文献

[1] Bender A, Thomas M C, Scannell J W, et al. Artificial intelligence in drug discovery: what it is, where we stand and the path forward. Nature Reviews Drug Discovery, 2026. DOI: 10.1038/s41573-026-01496-2.

[2] Xiong J, Xia Q. Toward a Self-Learning AI Agent for Drug Repurposing: Building Human-Scale Representations for Virtual Patients. Preprints, 2026. DOI: 10.20944/preprints202608.0998.v1.



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